上海五大新城的道路网络特征解析与韧性测度

上海“十四五”规划纲要明确提出，要将嘉定、青浦、松江、奉贤、南汇五大新城打造成为“独立的综合性节点城市”。道路网络是新城发展的底层骨架，上海五大新城不仅要通过对外交通网络链接和融入区域城市体系，更要依托内部道路网络完善并提升其功能的独立性和完整性。 基于复杂网络理论，本文对上海五大新城的道路网络进行实证研究，解析其网络结构特征，测度其在随机故障和刻意攻击两种模式下的韧性水平 ，以期对五大新城及上海大都市圈内其他节点城市的交通系统韧性提升有所启示。

  ▲   图1 |    研究框架

上海五大新城街道网络规模方面，奉贤新城的规划面积最小，交叉口和街段数量也最少；青浦新城次之，嘉定新城和松江新城面积接近，但松江新城的交叉口和街段数量明显少于嘉定新城，南汇新城的面积、交叉口数量和街段数量均最大。进一步分析反映道路网络连通性的密度指标，青浦新城和嘉定新城的道路密度较高，南汇新城的道路网络则最为稀疏（表1）。 

  ▲   表1 |    上海五大新城道路网络的规模和密度

从各新城路网中介中心性的结构分布看，中心性较低的路段在各新城道路网络中均占较大比例 （图2） 。由于大量路段对网络整体结构的影响较小， 有利于其在日常使用中保持较高的韧性；但也意味着道路网络对少量高中心性路段的依赖程度较高 ，一旦这部分道路遭到破坏，就可能导致网络效率大大降低。

▲   图2 |  上海五大新城道路网络的中介中心性结构分布

▲   表2 |  上海五大新城道路网络全局效率

网络受到的扰动可分为随机故障（error）和刻意攻击（attack）两类，对道路网络而言，自然灾害、交通拥堵、设施故障等造成的部分路段连接失效属于前一种类型；恐怖袭击、军事战争等蓄意破坏对道路网络的影响则属于后一种类型。文章分别研究两种情形下，五大新城街道网络拓扑结构的变化并测度其韧性水平，以期为预防和消除新城交通系统中的潜在隐患提供参考。

注：道路中介中心性图中，红色代表中介中心性前 10%的路段。

▲   图3 |  上海五大新城道路网络的“效率””与“韧性”的关系(左：随机故障场景；右：刻意攻击场景)  

  ▲   图4 |    上海五大新城道路网络的“密度”与“韧性”的关系(左：随机故障场景；右：刻意攻击场景)  

▲   图5 |  上海五大新城道路网络“现状供给”与“韧性需求”情况分析  

具有完整功能和高韧性的新城内部道路网络系统，不仅关系到新城居民的生活品质，亦是其成为长三角区域内部“独立的综合性节点城市”的基础支撑。本文研究表明，五大新城道路网络中绝大部分街段的中介中心性较低，能较好地吸收“随机故障”影响，但易受“刻意攻击”影响。道路网络日常情况下的高“效率”不等同于扰动情景下的高“韧性”；整体而言，密度适中、道路体系较为完整的奉贤和嘉定新城的道路网络韧性水平较高，而密度较低、均质性较差的南汇和松江新城的道路网络韧性水平显著低于其他新城。为了提升新城道路网络应对风险扰动的能力，建议将“韧性”指标纳入到新城道路交通相关规划之中。在此基础上，根据路网结构特征对“效率”和“韧性”的影响，逐步完善新城道路网络的层次体系，并采取适宜的措施不断强化现状路网的韧性水平。